TWI795788B - 圖案檢查裝置以及輪廓線對準量取得方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種圖案檢查裝置以及輪廓線對準量取得方法。圖案檢查裝置的特徵在於包括：實際圖像輪廓線圖像製作電路，製作被檢查圖像內的包括圖形圖案的實際圖像輪廓線上的多個實際圖像輪廓位置的規定區域的實際圖像輪廓線圖像；參照輪廓線圖像製作電路，製作規定區域的參照輪廓線圖像；以及對位量算出電路，使用實際圖像輪廓線圖像與參照輪廓線圖像的灰度差，算出用於將實際圖像輪廓線圖像與參照輪廓線圖像對位的對位量。

Description

圖案檢查裝置以及輪廓線對準量取得方法 [相關申請案]
本申請案是主張以2020年7月29日於日本提出申請的JP2020-128134(申請案編號)為基礎申請案的優先權的申請案。本申請案藉由參照所述基礎申請案而包括基礎申請案的全部內容。
本發明的一形態是有關於一種圖案檢查裝置以及輪廓線對準量取得方法。例如，是有關於一種使用藉由由電子束所產生的多射束照射基板後放出的圖案的二次電子圖像來進行檢查的檢查裝置、使用藉由紫外線照射基板後獲得的圖案的光學圖像來進行檢查的檢查裝置、以及檢查中所使用的輪廓線對準量取得方法。
近年來，伴隨大規模積體電路(Large Scale Integrated circuit，LSI)的高積體化及大容量化，半導體元件所要求的電路線寬變得越來越窄。而且，對於花費極大的製造成本的LSI的製造而言，良率的提昇不可或缺。但是，構成LSI的圖案正在接近10奈米以下的等級，必須作為圖案缺陷進行檢測的尺寸亦變得極小。因此，需要對已被轉印至半導體晶圓上的超微細圖案的缺陷 進行檢查的圖案檢查裝置的高精度化。此外，作為使良率下降的大的因素之一，可列舉利用光微影技術將超微細圖案曝光、轉印至半導體晶圓上時所使用的遮罩的圖案缺陷。因此，需要對LSI製造中所使用的轉印用遮罩的缺陷進行檢查的圖案檢查裝置的高精度化。
作為缺陷檢查方法，已知有如下的方法：藉由將對形成於半導體晶圓或微影遮罩等基板上的圖案進行拍攝所得的測定圖像與設計資料、或拍攝基板上的同一圖案所得的測定圖像進行比較來進行檢查。例如，作為圖案檢查方法，有將拍攝同一基板上的不同地方的同一圖案所得的測定圖像資料彼此進行比較的「晶粒-晶粒(die to die)檢查」，或以進行了圖案設計的設計資料為基礎生成設計圖像資料(參照圖像)，並將其與拍攝圖案所得的作為測定資料的測定圖像進行比較的「晶粒-資料庫(die to database)檢查」。所拍攝的圖像作為測定資料而被發送至比較電路。於比較電路中，於圖像彼此的對位後，按照適當的演算法將測定資料與參照資料進行比較，於不一致的情況下，判定為有圖案缺陷。
所述圖案檢查裝置中，除對檢查對象基板照射雷射光，並拍攝其透過像或反射像的裝置以外，亦正在開發如下的檢查裝置：利用一次電子束於檢查對象基板上進行掃描(scan)，對伴隨一次電子束的照射而自檢查對象基板中放出的二次電子進行檢測，並取得圖案像。關於該些圖案檢查裝置，研究的不是畫素值彼此的比較，而是提取圖像內的圖案的輪廓線，將其與參照圖像 輪廓線的位置關係用於判定指標。此處，為了進行輪廓線的正確位置比較，需要進行被檢查圖像的輪廓線與參照輪廓線之間的高精度對位。然而，與藉由最小二乘法使各圖像內的畫素的亮度值的偏差最小化的現有的圖像彼此的對位處理相比，輪廓線彼此的對位處理變得複雜，存在為了進行高精度的對位而需要很長的處理時間的問題。
此處，作為於進行對位之前的階段進行的提取輪廓線上的輪廓位置的方法，揭示了以下方法。使用索貝爾濾波器(sobel filter)等求出邊緣候補，對基於邊緣候補以及鄰接畫素群的檢查區域內的各畫素求出濃度值的二次微分值。進而，選擇與邊緣候補鄰接的2組鄰接畫素群中、二次微分值的符號不同的組合多的鄰接畫素群作為第二邊緣候補。並且，揭示有使用邊緣候補的二次微分值以及第二邊緣候補的二次微分值並以子畫素為單位求出檢測對象邊緣的邊緣座標的方法(例如，參照日本專利特開2011-48592號公報)。
本發明的一形態提供一種能夠於抑制處理時間的同時取得高精度的對位量的圖案檢查裝置以及輪廓線對準量取得方法。
本發明的一形態的圖案檢查裝置的特徵在於，包括：圖像取得機構，取得形成有圖形圖案的基板的被檢查圖像；實際圖像輪廓線圖像製作電路，製作被檢查圖像內的包括圖 形圖案的實際圖像輪廓線上的多個實際圖像輪廓位置的規定區域的實際圖像輪廓線圖像，規定區域內的實際圖像輪廓線圖像的各畫素的灰度值依存於自自身畫素的中心至多個實際圖像輪廓位置中最近的實際圖像輪廓位置為止的距離且藉由規定的函數定義；參照輪廓線圖像製作電路，製作規定區域的參照輪廓線圖像，規定區域內的參照輪廓線圖像的各畫素的灰度值依存於自自身畫素的中心至用於與實際圖像輪廓線進行比較的參照輪廓線上的多個參照輪廓位置中最近的參照輪廓位置為止的距離且藉由規定的函數定義；對位量算出電路，使用實際圖像輪廓線圖像與參照輪廓線圖像的灰度差，算出用於將實際圖像輪廓線圖像與參照輪廓線圖像對位的對位量；以及比較電路，使用對位量，將實際圖像輪廓線與參照輪廓線進行比較。
本發明的一形態的輪廓線對準量取得方法的特徵在於，取得形成有圖形圖案的基板的被檢查圖像，製作被檢查圖像內的包括圖形圖案的實際圖像輪廓線上的多個實際圖像輪廓位置的規定區域的實際圖像輪廓線圖像，規定區域內的實際圖像輪廓線圖像的各畫素的灰度值依存於自自身畫素的中心至多個實際圖像輪廓位置中最近的實際圖像輪廓位置為止的距離且藉由規定的函數定義，製作規定區域的參照輪廓線圖像，規定區域內的參照輪廓線 圖像的各畫素的灰度值依存於自自身畫素的中心至用於與實際圖像輪廓線進行比較的參照輪廓線上的多個參照輪廓位置中最近的參照輪廓位置為止的距離且藉由規定的函數定義，使用實際圖像輪廓線圖像與參照輪廓線圖像的灰度差，算出用於將實際圖像輪廓線圖像與參照輪廓線圖像對位的對位量，並輸出結果。
根據本發明的一形態，可將輪廓線間的對位量作為使用了畫素的灰度值的圖像彼此的對位來算出。因此，可於抑制處理時間的同時取得高精度的位置偏移量。
10:一次電子束
20:多一次電子束
22:孔(開口部)
29:子照射區域
30:圖框區域
31:圖框圖像(被檢查圖像)
32:條紋區域
33:矩形區域
34:照射區域
50、52、56、57:儲存裝置
54:圖框圖像製作部
58:實際圖像輪廓位置提取部
60:實際圖像最短距離算出部
62:實際圖像輪廓線圖像製作部
64:參照最短距離算出部
66:參照輪廓線圖像製作部
68:對位量算出部
82:缺陷位置偏移量算出部
84:比較處理部(比較部)
100:檢查裝置
101:基板(試樣)
102:電子束柱(電子鏡筒)
103:檢查室
105:平台
106:檢測電路
107:位置電路
108:比較電路
109:儲存裝置
110:控制計算機
112:參照輪廓位置提取電路
114:平台控制電路
117:監視器
118:記憶體
120:匯流排
122:雷射測長系統
123:晶片圖案記憶體
124:透鏡控制電路
126:消隱控制電路
128:偏轉控制電路
142:驅動機構
144、146、148:DAC放大器
150:圖像取得機構(二次電子圖像取得機構)
160:控制系統電路
200:電子束
201:電子槍(放出源)
202:電磁透鏡
203:成形孔徑陣列基板
205、206、224、226:電磁透鏡
207:電磁透鏡(物鏡)
208:主偏轉器
209:副偏轉器
212:批量消隱偏轉器
213:限制孔徑基板
214:E×B分離器(射束分離器)
216:鏡子
218:偏轉器
222:多檢測器
300:多二次電子束
330:檢查區域
332:晶片(晶圓晶粒)
S102~S106、S110、S120~S122、S130、S142、S144:步驟
x、y:方向
L、Lij:距離
θ:角度
圖1是表示實施方式1中的圖案檢查裝置的結構的一例的結構圖。
圖2是表示實施方式1中的成形孔徑陣列基板的結構的概念圖。
圖3是表示實施方式1中的形成於半導體基板的多個晶片區域的一例的圖。
圖4是用於說明實施方式1中的多射束的掃描動作的圖。
圖5是表示實施方式1中的檢查方法的主要步驟的流程圖。
圖6是表示實施方式1中的比較電路內的結構的一例的框圖。
圖7是表示實施方式1中的實際圖像輪廓位置的一例的圖。
圖8是用於說明實施方式1中的提取參照輪廓位置的方法的 一例的圖。
圖9是用於說明實施方式1的比較例1中的對位量的一例的圖。
圖10的(a)以及(b)是用於說明實施方式1中的輪廓圖像的圖。
圖11是表示實施方式1中的輪廓線圖像彼此的對位計算結果的一例的圖。
圖12是用於說明實施方式1中的考慮了對位量的缺陷位置偏移量的圖。
圖13的(a)以及圖13的(b)是表示實施方式1中的根據實際圖像輪廓線圖像推定輪廓位置的一例的圖。
圖14的(a)以及圖14的(b)是表示實施方式1的比較例2中的根據實際圖像輪廓線圖像推定輪廓位置的一例的圖。
圖15是表示實施方式1的比較例2中的位移量誤差的一例的圖。
圖16是表示實施方式1中的位移量誤差的一例的圖。
[實施方式1.]
以下，於實施方式中，對作為圖案檢查裝置的一例的電子束檢查裝置進行說明。但是，並不限定於此。例如，亦可為下述檢查裝置，即：將紫外線照射至被檢查基板，使用透過被檢查基板或由被檢查基板反射的光來取得被檢查圖像。又，於實施方式中， 對使用由多條電子束產生的多射束來取得圖像的檢查裝置進行說明，但並不限定於此。亦可為使用由一條電子束產生的單射束來取得圖像的檢查裝置。
圖1是表示實施方式1中的圖案檢查裝置的結構的一例的結構圖。於圖1中，對已形成於基板的圖案進行檢查的檢查裝置100是多電子束檢查裝置的一例。檢查裝置100包括圖像取得機構150(二次電子圖像取得機構)、及控制系統電路160。圖像取得機構150包括電子束柱102(電子鏡筒)及檢查室103。於電子束柱102內，配置有：電子槍201、電磁透鏡202、成形孔徑陣列基板203、電磁透鏡205、批量消隱偏轉器(blanking deflector)212、限制孔徑基板213、電磁透鏡206、電磁透鏡207(物鏡)、主偏轉器208、副偏轉器209、E×B分離器(射束分離器)214、偏轉器218、電磁透鏡224、電磁透鏡226、以及多檢測器222。於圖1的例子中，電子槍201、電磁透鏡202、成形孔徑陣列基板203、電磁透鏡205、批量消隱偏轉器212、限制孔徑基板213、電磁透鏡206、電磁透鏡207(物鏡)、主偏轉器208、以及副偏轉器209，構成將多一次電子束照射至基板101的一次電子光學系統。E×B分離器214、偏轉器218、電磁透鏡224、及電磁透鏡226，構成將多二次電子束照射至多檢測器222的二次電子光學系統。
於檢查室103內，配置至少可於XY方向上移動的平台105。於平台105上配置成為檢查對象的基板101(試樣)。基板101包含曝光用遮罩基板、及矽晶圓等半導體基板。當基板101 為半導體基板時，於半導體基板形成有多個晶片圖案(晶圓晶粒)。當基板101為曝光用遮罩基板時，於曝光用遮罩基板形成有晶片圖案。晶片圖案包含多個圖形圖案。將已形成於所述曝光用遮罩基板的晶片圖案多次曝光轉印至半導體基板上，藉此於半導體基板形成多個晶片圖案(晶圓晶粒)。以下，主要對基板101為半導體基板的情況進行說明。基板101例如使圖案形成面朝向上側而配置於平台105。另外，於平台105上，配置有將自配置於檢查室103的外部的雷射測長系統122照射的雷射測長用的雷射光予以反射的鏡子216。多檢測器222於電子束柱102的外部與檢測電路106連接。
於控制系統電路160中，對檢查裝置100整體進行控制的控制計算機110經由匯流排120而與位置電路107、比較電路108、參照輪廓位置提取電路112、平台控制電路114、透鏡控制電路124、消隱控制電路126、偏轉控制電路128、磁碟裝置等儲存裝置109、監視器117、及記憶體118連接。另外，偏轉控制電路128與數位-類比轉換(Digital-to-Analog Conversion，DAC)放大器144、DAC放大器146、DAC放大器148連接。DAC放大器146與主偏轉器208連接，DAC放大器144與副偏轉器209連接。DAC放大器148與偏轉器218連接。
又，檢測電路106與晶片圖案記憶體123連接。晶片圖案記憶體123與比較電路108連接。另外，於平台控制電路114的控制下，藉由驅動機構142來驅動平台105。於驅動機構142 中，例如構成如於平台座標系中的X方向、Y方向、θ方向上進行驅動的三軸(X-Y-θ)馬達般的驅動系統，平台105變得可於X-Y-θ方向上移動。該些未圖示的X馬達、Y馬達、θ馬達例如可使用步進馬達。平台105藉由XYθ各軸的馬達而可於水平方向及旋轉方向上移動。而且，平台105的移動位置藉由雷射測長系統122來測定，並被供給至位置電路107。雷射測長系統122接收來自鏡子216的反射光，藉此以雷射干涉法的原理對平台105的位置進行測長。平台座標系例如相對於與多一次電子束的光軸(電子軌道中心軸)正交的面，設定X方向、Y方向、θ方向。
電磁透鏡202、電磁透鏡205、電磁透鏡206、電磁透鏡207(物鏡)、電磁透鏡224、電磁透鏡226、及E×B分離器214由透鏡控制電路124來控制。又，批量消隱偏轉器212包括兩極以上的電極，針對各電極經由未圖示的DAC放大器而由消隱控制電路126來控制。副偏轉器209包括四極以上的電極，針對各電極經由DAC放大器144而由偏轉控制電路128來控制。主偏轉器208包括四極以上的電極，針對各電極經由DAC放大器146而由偏轉控制電路128來控制。偏轉器218包括四極以上的電極，針對各電極經由DAC放大器148而由偏轉控制電路128來控制。
於電子槍201，連接有未圖示的高壓電源電路，藉由對電子槍201內的未圖示的燈絲(陰極)與引出電極(陽極)間施加來自高壓電源電路的加速電壓，並且藉由另一引出電極(韋乃特)的電壓的施加與陰極的以規定溫度進行的加熱，使自陰極放 出的電子群加速，成為電子束200而被放出。
此處，圖1中記載了於對實施方式1進行說明方面必要的結構。對於檢查裝置100而言，通常亦可包括必要的其他結構。
圖2是表示實施方式1中的成形孔徑陣列基板的結構的概念圖。於圖2中，於成形孔陣列基板203，二維狀的橫(x方向)m1行×縱(y方向)n1段(m1、n1中的一者為2以上的整數，另一者為1以上的整數)的孔(開口部)22於x方向、y方向上以規定的排列間距形成。於圖2的例子中，示出形成有23×23的孔(開口部)22的情況。各孔22理想的是均由相同尺寸形狀的矩形形成。或者，理想的是亦可為相同外徑的圓形。藉由電子束200的一部分分別穿過該些多個孔22，而形成m1×n1條(=N條)多一次電子束20。
接著，對檢查裝置100中的圖像取得機構150的運作進行說明。
自電子槍201(放出源)放出的電子束200由電磁透鏡202折射，而對成形孔徑陣列基板203整體進行照明。如圖2所示，於成形孔徑陣列基板203上，形成有多個孔22(開口部)，電子束200對包含多個孔22全體的區域進行照明。照射至多個孔22的位置的電子束200的各一部分分別穿過所述成形孔徑陣列基板203的多個孔22，藉此形成多一次電子束20。
所形成的多一次電子束20由電磁透鏡205、及電磁透鏡206分別折射，一面反覆形成中間像及交叉(cross over)，一面穿 過配置於多一次電子束20的各射束的交叉位置(各射束的中間像位置)的E×B分離器214而前進至電磁透鏡207(物鏡)。然後，電磁透鏡207將多一次電子束20聚焦(對焦)於基板101。藉由物鏡207而焦點對準(對焦)於基板101(試樣)面上的多一次電子束20由主偏轉器208及副偏轉器209批量偏轉，並照射至各射束於基板101上的各自的照射位置。再者，於多一次電子束20整體由批量消隱偏轉器212批量偏轉的情況下，各射束的位置偏離限制孔徑基板213的中心孔，而由限制孔徑基板213遮蔽。另一方面，未由批量消隱偏轉器212偏轉的多一次電子束20如圖1所示般穿過限制孔徑基板213的中心孔。藉由所述批量消隱偏轉器212的開/關(ON/OFF)來進行消隱控制，而對射束的開/關(ON/OFF)進行批量控制。如此般，限制孔徑基板213遮蔽藉由批量消隱偏轉器212而以射束變成關的狀態的方式進行了偏轉的多一次電子束20。而且，藉由自射束變成開至射束變成關為止所形成的穿過了限制孔徑基板213的射束群，形成檢查用(圖像取得用)的多一次電子束20。
當多一次電子束20被照射至基板101的所期望的位置上時，由於所述多一次電子束20的照射，自基板101放出與多一次電子束20的各射束對應的包含反射電子的二次電子的射束(多二次電子束300)。
自基板101放出的多二次電子束300穿過電磁透鏡207而前進至E×B分離器214。
E×B分離器214具有使用了線圈的兩極以上的多個磁極以及兩極以上的多個電極。例如，具有相位各偏移90°的四極磁極(電磁偏轉線圈)、以及相位同樣地各偏移90°的四極電極(靜電偏轉電極)。而且，例如藉由將相向的兩極磁極設定為N極以及S極，藉由所述多個磁極而產生指向性的磁場。同樣地，例如藉由向相向的兩極電極施加符號相反的電位V，藉由所述多個電極而產生指向性的電場。具體而言，E×B分離器214於與多一次電子束20的中心射束前進的方向(電子軌道中心軸)正交的面上，沿正交的方向產生電場與磁場。電場不論電子的前進方向均朝相同的方向施力。相對於此，磁場依照弗萊明左手定則(Fleming's left hand rule)施力。因此，可藉由電子的侵入方向來使作用於電子的力的方向變化。對於自上側侵入E×B分離器214的多一次電子束20而言，電場所形成的力與磁場所形成的力抵消，多一次電子束20向下方直線前進。相對於此，對於自下側侵入E×B分離器214的多二次電子束300而言，電場所形成的力與磁場所形成的力均沿相同的方向發揮作用，使多二次電子束300向斜上方彎曲，而自多一次電子束20分離。
向斜上方彎曲而自多一次電子束20分離的多二次電子束300藉由偏轉器218而進一步彎曲，並一面由電磁透鏡224、電磁透鏡226折射一面投影至多檢測器222。多檢測器222對經投影的多二次電子束300進行檢測。於多檢測器222可投影反射電子及二次電子，亦可投影反射電子於中途發散而殘留的二次電子。 多檢測器222具有二維感測器。而且，多二次電子束300的各二次電子碰撞二維感測器的各個對應區域以產生電子，並針對各畫素而生成二次電子圖像資料。換言之，於多檢測器222，針對多一次電子束20的各一次電子束，配置有檢測感測器。而且，檢測藉由各一次電子束的照射而放出的對應的二次電子束。因此，多檢測器222的多個檢測感測器的各檢測感測器，檢測各自負責的由一次電子束的照射引起的圖像用的二次電子束的強度訊號。由多檢測器222檢測到的強度訊號被輸出至檢測電路106。
圖3是表示實施方式1中的形成於半導體基板的多個晶片區域的一例的圖。於圖3中，當基板101為半導體基板(晶圓)時，於半導體基板(晶圓)的檢查區域330，多個晶片(晶圓晶粒)332形成為二維的陣列狀。藉由未圖示的曝光裝置(步進機、掃描器等)，將已形成於曝光用遮罩基板的一個晶片份額的遮罩圖案例如縮小成1/4而轉印至各晶片332。各晶片332的區域，例如向y方向以規定的寬度分割成多個條紋區域32。由圖像取得機構150執行的掃描動作，例如針對各條紋區域32而進行實施。例如，一面於-x方向上使平台105移動，一面相對地於x方向上進行條紋區域32的掃描動作。各條紋區域32向長度方向被分割成多個矩形區域33。射束朝成為對象的矩形區域33的移動，藉由由主偏轉器208執行的多一次電子束20整體的批量偏轉而進行。
圖4是用於說明實施方式1中的多射束的掃描動作的圖。於圖4的例子中，示出5×5行的多一次電子束20的情況。藉 由多一次電子束20的一次照射而可照射的照射區域34由(基板101面上的多一次電子束20的x方向的射束間間距乘以x方向的射束數所得的x方向尺寸)×(基板101面上的多一次電子束20的y方向的射束間間距乘以y方向的射束數所得的y方向尺寸)來定義。較佳的是各條紋區域32的寬度設定為與照射區域34的y方向尺寸相同、或者設定為經縮窄掃描餘裕份額的尺寸。於圖3及圖4的例子中，示出照射區域34與矩形區域33相同尺寸的情況。但是，並不限定於此。照射區域34亦可小於矩形區域33。或者亦可大於矩形區域33。然後，多一次電子束20的各射束照射至由自身的射束所在的x方向的射束間間距與y方向的射束間間距包圍的子照射區域29內，並於所述子照射區域29內進行掃描(掃描動作)。構成多一次電子束20的各一次電子束10負責互不相同的任一個子照射區域29。而且，於各發射時，各一次電子束10對負責子照射區域29內的相同位置進行照射。一次電子束10於子照射區域29內的移動，藉由由副偏轉器209執行的多一次電子束20整體的批量偏轉而進行。重覆所述運作，藉由一條一次電子束10於一個子照射區域29內依次進行照射。然後，若一個子照射區域29的掃描結束，則照射位置因由主偏轉器208執行的多一次電子束20整體的批量偏轉而朝相同條紋區域32內的鄰接的矩形區域33移動。重覆所述運作，而於條紋區域32內依次進行照射。若一個條紋區域32的掃描結束，則照射位置因平台105的移動或/及由主偏轉器208執行的多一次電子束20整體的批量偏轉而 朝下一條紋區域32移動。如以上所述般藉由各一次電子束10的照射而取得各子照射區域29的二次電子圖像。藉由組合該些各子照射區域29的二次電子圖像，而構成矩形區域33的二次電子圖像、條紋區域32的二次電子圖像、或者晶片332的二次電子圖像。
再者，如圖4所示，各子照射區域29被分割成矩形的多個圖框區域30，於檢查中使用圖框區域30單位的二次電子圖像(被檢查圖像)。於圖4的例子中，示出一個子照射區域29例如被分割成四個圖框區域30的情況。但是，所分割的數目並不限定於四個。亦可分割成其他數目。
再者，較佳的是例如將於x方向上排列的多個晶片332視為相同的群組，針對各群組例如向y方向以規定的寬度分割成多個條紋區域32。而且，較佳的是條紋區域32間的移動並不限定於各晶片332，而是針對各群組而進行。
此處，於一面將平台105連續移動一面將多一次電子束20照射至基板101的情況下，以多一次電子束20的照射位置追隨平台105的移動的方式進行由主偏轉器208進行批量偏轉而實施的追蹤動作。因此，多二次電子束300的放出位置相對於多一次電子束20的軌道中心軸而時刻變化。同樣地，於在子照射區域29內進行掃描的情況下，各二次電子束的放出位置於子照射區域29內時刻變化。如此般偏轉器218以使已變化放出位置的各二次電子束照射至多檢測器222的對應的檢測區域內的方式，將多二次電子束300進行批量偏轉。
圖5是表示實施方式1中的檢查方法的主要步驟的流程圖。於圖5中，實施方式1中的檢查方法實施：掃描步驟(S102)、圖框圖像製作步驟(S104)、實際圖像輪廓位置提取步驟(S106)、參照輪廓位置提取步驟(S110)、實際圖像輪廓線圖像製作步驟(S120)、參照輪廓線圖像製作步驟(S122)、對位量算出步驟(S130)、缺陷位置偏移量算出步驟(S142)以及比較步驟(S144)等一系列步驟。
作為掃描步驟(S102)，圖像取得機構150取得已形成圖形圖案的基板101的圖像。此處，對已形成多個圖形圖案的基板101照射多一次電子束20，並檢測因多一次電子束20的照射而自基板101放出的多二次電子束300，藉此取得基板101的二次電子圖像。如上文所述般，於多檢測器222可投影反射電子及二次電子，亦可投影反射電子於中途發散而殘留的二次電子(多二次電子束300)。
如上文所述般，因多一次電子束20的照射而自基板101放出的多二次電子束300是由多檢測器222檢測。由多檢測器222檢測到的各子照射區域29內的各畫素的二次電子的檢測資料(測定圖像資料：二次電子圖像資料：被檢查圖像資料)，依照測定順序被輸出至檢測電路106。於檢測電路106內，藉由未圖示的A/D轉換器，將類比檢測資料轉換成數位資料，並保存於晶片圖案記憶體123。然後，所獲得的測定圖像資料與來自位置電路107的表示各位置的資訊一起被傳送至比較電路108。
圖6是表示實施方式1中的比較電路內的結構的一例的框圖。於圖6中，於實施方式1中的比較電路108內，配置磁碟裝置等儲存裝置50、儲存裝置52、儲存裝置56、儲存裝置57、圖框圖像製作部54、實際圖像輪廓位置提取部58、實際圖像最短距離算出部60、實際圖像輪廓線圖像製作部62、參照最短距離算出部64、參照輪廓線圖像製作部66、對位量算出部68、缺陷位置偏移量算出部82及比較處理部84。圖框圖像製作部54、實際圖像輪廓位置提取部58、實際圖像最短距離算出部60、實際圖像輪廓線圖像製作部62、參照最短距離算出部64、參照輪廓線圖像製作部66、對位量算出部68、缺陷位置偏移量算出部82及比較處理部84等的各「~部」包含處理電路，於所述處理電路，包含電路、電腦、處理器、電路基板、量子電路、或半導體裝置等。另外，各「~部」亦可使用共同的處理電路(同一個處理電路)。或者，亦可使用不同的處理電路(各別的處理電路)。圖框圖像製作部54、實際圖像輪廓位置提取部58、實際圖像最短距離算出部60、實際圖像輪廓線圖像製作部62、參照最短距離算出部64、參照輪廓線圖像製作部66、對位量算出部68、缺陷位置偏移量算出部82及比較處理部84內所需要的輸入資料或經演算的結果隨時被儲存於未圖示的記憶體、或記憶體118。
經傳送至比較電路108內的測定圖像資料(掃描圖像)保存於儲存裝置50。
作為圖框圖像製作步驟(S104)，圖框圖像製作部54製 作將藉由各一次電子束10的掃描動作而取得的子照射區域29的圖像資料進一步分割而成的多個圖框區域30的各圖框區域30的圖框圖像31。再者，較佳的是各圖框區域30以餘裕區域相互重合的方式構成，以使圖像無遺漏。經製作的圖框圖像31保存於儲存裝置56。
作為實際圖像輪廓位置提取步驟(S106)，實際圖像輪廓位置提取部58針對各圖框圖像31，提取該圖框圖像31內的各圖形圖案的多個輪廓位置(實際圖像輪廓位置)。
圖7是表示實施方式1中的實際圖像輪廓位置的一例的圖。輪廓位置的提取方法可為現有的方法。例如，使用索貝爾濾波器等微分濾波器進行於x、y方向上對各畫素進行微分的微分濾波處理，合成x、y方向的一次微分值。然後，提取使用合成後的1次微分值的分佈的波峰位置作為輪廓線(實際圖像輪廓線)上的輪廓位置。圖7的例子中示出了針對實際圖像輪廓線所經過的多個輪廓畫素，分別各提取一點輪廓位置的情況。輪廓位置於各輪廓畫素內以子畫素為單位進行提取。於圖7的例子中，利用畫素內的座標(x，y)示出了輪廓位置。另外，示出了利用規定的函數擬合多個輪廓位置而近似的輪廓線的於各輪廓位置處的法線方向的角度θ。法線方向的角度θ由相對於x軸的右旋角度定義。所獲得的各實際圖像輪廓位置的資訊(實際圖像輪廓線資料)被保存於儲存裝置57中。
作為參照輪廓位置提取步驟(S110)，參照輪廓位置提 取電路112提取用於與多個實際圖像輪廓位置進行比較的多個參照輪廓位置。參照輪廓位置的提取可自設計資料中提取，或者，可首先自設計資料製作參照圖像，使用參照圖像並藉由與作為測量圖像的圖框圖像31的情況相同的方法提取參照輪廓位置。或者，亦可使用其他現有的方法提取多個參照輪廓位置。
圖8是用於說明實施方式1中的提取參照輪廓位置的方法的一例的圖。圖8的例子中表示自設計資料提取參照輪廓位置的方法的一例。於圖8中，參照輪廓位置提取電路112自儲存裝置109讀出成為形成於基板101上的圖案的基礎的設計圖案資料(設計資料)。參照輪廓位置提取電路112針對設計資料，設定畫素尺寸的網格。於相當於畫素的四邊形中，將直線部的中點作為參照輪廓位置。於存在圖形圖案的角部(角)的情況下，將角頂點作為參照輪廓位置。於存在多個角的情況下，將角頂點的中間點作為參照輪廓位置。藉由以上所述，可精度良好地提取圖框區域30內的作為設計圖案的圖形圖案的輪廓位置。所獲得的各參照輪廓位置的資訊(參照輪廓線資料)被輸出至比較電路108。比較電路108中，參照輪廓線資料被保存於儲存裝置52。
圖9是用於說明實施方式1的比較例1中的對位量的一例的圖。圖9示出了成為被檢查圖像的圖框圖像31內的輪廓線(實際圖像輪廓線)的一部分以及自設計資料中提取的參照輪廓線的一部分。於圖9的例子中，示出了將自圖框圖像31中提取的多個輪廓位置(實際圖像輪廓位置)連接而成的實際圖像輪廓線。同 樣地，示出了將自設計資料中提取的多個輪廓位置(參照輪廓位置)連接而成的參照輪廓線。於實施方式1的比較例1中，將自實際圖像輪廓位置至最近的參照輪廓位置為止的位移量作為對位量。於比較例1的情況下，真正的位移量與輪廓位置間的相對位置未必相同。因此，最短輪廓位置間的位移量與真正的位移量之間會產生誤差。特別是於位移量大的情況下誤差表現得顯著大。為了求出正確的位移量，需要推定高精度的實際圖像輪廓線，而非單純連接多個實際圖像輪廓位置而成的實際圖像輪廓線。對於參照輪廓線亦同樣。為了推定高精度的輪廓線，需要複雜的運算，且花費的處理時間會變長。另一方面，若位移量的精度劣化，則疑似缺陷增大，從而難以進行高精度的檢查。因此，於實施方式1中，並非直接進行輪廓線彼此的對位，而是製作使用規定的函數對各畫素的灰度值(畫素值)進行了定義的輪廓線圖像，並使用畫素值來使輪廓線圖像彼此對位。以下進行具體說明。
作為實際圖像輪廓線圖像製作步驟(S120)，首先，實際圖像最短距離算出部60針對圖框圖像31(被檢查圖像)內的包括圖形圖案的實際圖像輪廓線上的多個實際圖像輪廓位置的圖框區域30(規定的區域)內的各畫素，算出自自身畫素的中心至多個實際圖像輪廓位置中最近的實際圖像輪廓位置為止的距離L。
圖10的(a)以及(b)是用於說明實施方式1中的輪廓圖像的圖。於圖10的(a)以及(b)的例子中，示出了3×3畫素的區域。輪廓位置於輪廓線所經過的多個畫素中各提取1點。 於圖10的(a)的例子中，於x方向中央的於y方向上排列的畫素行內分別示出了各1點的輪廓位置。實際圖像最短距離算出部60分別算出3×3畫素的區域內的自各畫素的中心至位於最短的輪廓位置為止的距離L。藉此，可針對每個畫素取得距離Lij。ij表示畫素的座標(索引)。
接著，實際圖像輪廓線圖像製作部62製作圖框圖像31內的包括圖形圖案的實際圖像輪廓線上的多個實際圖像輪廓位置的圖框區域30的實際圖像輪廓線圖像，圖框區域30內的實際圖像輪廓線圖像的各畫素的灰度值依存於自自身畫素的中心至多個實際圖像輪廓位置中最近的實際圖像輪廓位置為止的距離Lij且藉由導函數大致連續的規定函數定義。於實施方式1中，根據輪廓線資料製作表示輪廓位置的實際圖像輪廓線圖像。作為導函數大致連續的規定函數，較佳地使用高斯函數。高斯函數F(L)使用距離Lij、振幅A以及標準偏差σ，作為一例，可由以下的式(1)來定義。
(1) F(Lij)=A．exp(-Lij 2/2σ2)
振幅A以及標準偏差σ可適當設定。當輪廓圖像的各畫素的灰度值由無符號8位(0灰度~255灰度)來定義時，振幅A例如較佳地設定為255。另外，σ是表示輪廓圖像分佈的擴展的值，一般數值越大進行位移操作時的誤差越小。但是，若圖形圖案的 最小線寬或最小間隔變窄，則鄰接的輪廓線與輪廓線圖像分佈的下端部分會重疊，因此會產生誤差。因此，較佳的是σ設定為圖形圖案的最小線寬或最小間隔的1/3左右的值。
關於各畫素的灰度值，如圖10的(b)所示，例如定義為由高斯函數F(L)獲得的值。藉此，可將輪廓線定義為灰度級的圖像。
作為參照輪廓線圖像製作步驟(S122)，首先，參照最短距離算出部64針對圖框圖像31(被檢查圖像)的圖框區域內的各畫素，算出自自身畫素的中心至用於與實際圖像輪廓線進行比較的多個參照輪廓位置中最近的參照輪廓位置為止的距離L。距離L的算出方法與算出至圖10的(a)所示的實際圖像輪廓位置為止的距離的情況相同。
接著，參照輪廓線圖像製作部66製作圖框區域30的參照輪廓線圖像，圖框區域30(規定區域)內的參照輪廓線圖像的各畫素的灰度值依存於自自身畫素的中心至用於與實際圖像輪廓線進行比較的參照輪廓線上的多個參照輪廓位置中最近的參照輪廓位置為止的距離L且藉由圖10的(b)所示的以上所述的規定函數定義。
作為對位量算出步驟(S130)，對位量算出部68藉由使用了實際圖像輪廓線圖像與參照輪廓線圖像的灰度差的評價函數，算出用於將實際圖像輪廓線圖像與參照輪廓線圖像對位的對位量。具體而言，以如下方式進行動作。
圖11是表示實施方式1中的輪廓線圖像彼此的對位計算結果的一例的圖。對位量算出部68一面改變實際圖像輪廓線圖像與參照輪廓線圖像之間的位移量，一面使實際圖像輪廓線圖像與參照輪廓線圖像中的至少一者位移，將各位移量下的實際圖像輪廓線圖像的灰度值與參照輪廓線圖像的灰度值的差分平方和(Sum of Squared Differences，SSD)變得更小的位移量算出，作為對位量。因此，於圖11的例子中，首先將以畫素為單位於x、y方向進行了位移的各位置處的SSD計算結果示為一例。於圖11的例子中，當位移量為x=1畫素、y=1畫素時，SSD計算結果表示最小的值。使用以所述方式取得的以畫素為單位的位移量進行輪廓線圖像的位移，接著以子畫素為單位同樣地進行位移，進行各位置處的SSD計算。然後，對位量算出部68求出以子畫素為單位的差分平方和(SSD)變得更小的位移量。接下來，將以子畫素為單位的位移量加上所述以畫素為單位的位移量，算出為最終的對位量。
作為缺陷位置偏移量算出步驟(S142)，缺陷位置偏移量算出部82算出考慮了多個實際圖像輪廓位置的各實際圖像輪廓位置與各自最短的參照輪廓位置之間的對位量的缺陷位置偏移量。
圖12是用於說明實施方式1中的考慮了對位量的位置偏移量的圖。為了正確地檢查輪廓線自身有無缺陷，需要進行圖框圖像31的實際圖像輪廓線與參照輪廓線之間的高精度對位。於 實施方式1中，缺陷位置偏移量算出部82算出自對位前的實際圖像輪廓位置與參照輪廓位置之間的位置偏移量(位置偏移矢量(對位前))減去了對位量(對位矢量)後的缺陷位置偏移量(缺陷位置偏移矢量(對位後))。藉此，可獲得與圖像的對位相同的效果。
作為比較步驟(S144)，比較處理部84(比較部)使用對位量來比較實際圖像輪廓線與參照輪廓線。具體而言，比較處理部84於考慮了多個實際圖像輪廓位置的各實際圖像輪廓位置與各自對應的參照輪廓位置之間的對位量的缺陷位置偏移矢量的大小(距離)超過判斷臨限值的情況下，判斷為缺陷。將比較結果輸出至儲存裝置109、監視器117或記憶體118。
圖13的(a)及圖13的(b)是表示實施方式1中的根據實際圖像輪廓線圖像推定輪廓位置的一例的圖。圖13的(a)表示圖形圖案的右側輪廓的一部分的實際圖像輪廓線圖像的一例，利用濃淡的顏色表示畫素值的灰度值。圖13的(b)示出了其X方向的像分佈。於實施方式1中，由於實際圖像輪廓線圖像的各畫素的灰度值使用利用導函數大致連續的函數(例如，高斯函數)而得的計算值，因此於進行位移處理的情況下可利用平滑的曲線進行內插。因此，於計算SSD值的情況下可減小誤差。因此，於實施方式1中的實際圖像輪廓線圖像與參照輪廓線圖像之間的對位處理中，可減小誤差。
圖14的(a)及圖14的(b)是表示實施方式1的比較例2中的根據實際圖像輪廓線圖像推定輪廓位置的一例的圖。圖 14的(a)表示使用並非以導函數連續的函數(例如，高斯函數)而是以矩形函數等導函數不連續的函數定義各畫素值的實際圖像輪廓線圖像的情況，以濃淡的顏色示出了畫素值的灰度值。圖14的(b)示出了其X方向的像分佈。矩形函數例如由以下的式(2)來定義。
(2) F(L)=A．max(0，min(1，S-abs(L)))
S：矩形的尺寸(S
Figure 110118807-A0305-02-0027-18
1，例如3)
A：振幅(例如為255)
min(x，y)：x與y中較小的一個
max(x，y)：x與y中較大的一個
abs(x)：x的絕對值
接著，為了抑制所述矩形函數的內插誤差，進行3×3畫素的平均化處理。具體而言，針對藉由所述矩形函數獲得的輪廓線圖像的所有畫素，求出於各畫素上加上縱橫斜向鄰接的8個畫素後的9個畫素的平均值，將其作為最終的輪廓線圖像的畫素值(相當於圖14的(a)及圖14的(b)的現有例圖像)。
於比較例2中，由於使用了利用導函數不連續的矩形函數等而得的計算結果，因此於進行位移處理時難以利用平滑的曲線進行內插。因此，SSD計算的誤差變大。
圖15是表示實施方式1的比較例2中的位移量誤差的 一例的圖。
圖16是表示實施方式1中的位移量誤差的一例的圖。圖15及圖16示出了製作一維的像分佈，並測定真正的位移量與基於SSD的位移量的誤差的結果。此處，表示分別以子畫素為單位(0~1畫素)擺動基準圖像與位移圖像的位置，對其所有組合測定誤差的結果。各圖中的資料序列表示位移圖像的位置相同的條件，橫軸表示基準圖像的位置(單位：畫素)，縱軸表示對準誤差(單位：畫素)。如圖15所示，於比較例2中，最大誤差為0.0695畫素，與此相對，如圖16所示，於實施方式1中，最大誤差可抑制為0.0074畫素。於實施方式1中，由於使用導函數大致連續的函數(例如，高斯函數)，因此位移處理時的內插誤差變小，因此可大幅度地減少對位誤差。
如上所述，根據實施方式1，可將輪廓線間的對位量作為使用了以導函數大致連續的函數獲得的畫素的灰度值的圖像彼此的對位來算出。因此，可於抑制處理時間的同時取得高精度的位置偏移量。
於以上的說明中，一系列的「~電路」包含處理電路，於所述處理電路包含電路、電腦、處理器、電路基板、量子電路、或半導體裝置等。另外，各「~電路」亦可使用共同的處理電路(同一個處理電路)。或者，亦可使用不同的處理電路(各別的處理電路)。使處理器等執行的程式只要記錄於磁碟裝置、快閃記憶體(flash memory)等記錄介質即可。例如，位置電路107、比較 電路108、參照輪廓位置提取電路112、平台控制電路114、透鏡控制電路124、消隱控制電路126、及偏轉控制電路128亦可包含所述至少一個處理電路。
以上，一面參照具體例一面對實施方式進行了說明。但是，本發明並不限定於所述具體例。於圖1的例子中，示出藉由成形孔徑陣列基板203根據自作為一個照射源的電子槍201照射的一條射束而形成多一次電子束20的情況，但並不限定於此。亦可為藉由自多個照射源分別照射一次電子束而形成多一次電子束20的形態。
另外，省略裝置結構或控制方法等於本發明的說明中不直接需要的部分等的記載，但可適宜選擇使用需要的裝置結構或控制方法。
此外，包括本發明的要素、且本領域從業人員可適宜進行設計變更的所有圖案檢查裝置及輪廓線對準量取得方法均包含於本發明的範圍內。
50、52、56、57:儲存裝置
54:圖框圖像製作部
58:實際圖像輪廓位置提取部
60:實際圖像最短距離算出部
62:實際圖像輪廓線圖像製作部
64:參照最短距離算出部
66:參照輪廓線圖像製作部
68:對位量算出部
82:缺陷位置偏移量算出部
84:比較處理部(比較部)
108:比較電路

Claims (8)

  1. 一種圖案檢查裝置，其特徵在於，包括：圖像取得機構，取得形成有圖形圖案的基板的被檢查圖像；實際圖像輪廓線圖像製作電路，製作所述被檢查圖像內的包括所述圖形圖案的實際圖像輪廓線上的多個實際圖像輪廓位置的規定區域的實際圖像輪廓線圖像，所述規定區域內的所述實際圖像輪廓線圖像的各畫素的灰度值依存於自自身畫素的中心至所述多個實際圖像輪廓位置中最近的實際圖像輪廓位置為止的距離且藉由規定的函數定義；參照輪廓線圖像製作電路，製作所述規定區域的參照輪廓線圖像，所述規定區域內的所述參照輪廓線圖像的各畫素的灰度值依存於自自身畫素的中心至用於與所述實際圖像輪廓線進行比較的參照輪廓線上的多個參照輪廓位置中最近的參照輪廓位置為止的距離且藉由所述規定的函數定義，其中作為所述規定的函數，使用導函數連續的函數；對位量算出電路，使用所述實際圖像輪廓線圖像與所述參照輪廓線圖像的灰度差，算出用於將所述實際圖像輪廓線圖像與所述參照輪廓線圖像對位的對位量；以及比較電路，使用所述對位量，將所述實際圖像輪廓線與所述參照輪廓線進行比較。
  2. 如請求項1所述的圖案檢查裝置，其中所述對位量算出電路一面改變所述實際圖像輪廓線圖像與所述參照輪廓線圖 像之間的位移量，一面使所述實際圖像輪廓線圖像與所述參照輪廓線圖像中的至少一者位移，將各位移量下的所述實際圖像輪廓線圖像的灰度值與所述參照輪廓線圖像的灰度值的差分平方和變得更小的位移量算出，作為所述對位量。
  3. 如請求項1所述的圖案檢查裝置，其中作為所述規定的函數，使用高斯函數。
  4. 如請求項1所述的圖案檢查裝置，更包括：實際圖像輪廓位置提取電路，針對每個所述規定區域，提取所述被檢查圖像內的各所述圖形圖案的所述多個實際圖像輪廓位置。
  5. 一種輪廓線對準量取得方法，其特徵在於，取得形成有圖形圖案的基板的被檢查圖像，製作所述被檢查圖像內的包括所述圖形圖案的實際圖像輪廓線上的多個實際圖像輪廓位置的規定區域的實際圖像輪廓線圖像，所述規定區域內的所述實際圖像輪廓線圖像的各畫素的灰度值依存於自自身畫素的中心至所述多個實際圖像輪廓位置中最近的實際圖像輪廓位置為止的距離且藉由規定的函數定義，其中作為所述規定的函數，使用導函數連續的函數，製作所述規定區域的參照輪廓線圖像，所述規定區域內的所述參照輪廓線圖像的各畫素的灰度值依存於自自身畫素的中心至用於與所述實際圖像輪廓線進行比較的參照輪廓線上的多個參照輪廓位置中最近的參照輪廓位置為止的距離且藉由所述規定的函數定義， 使用所述實際圖像輪廓線圖像與所述參照輪廓線圖像的灰度差，算出用於將所述實際圖像輪廓線圖像與所述參照輪廓線圖像對位的對位量，並輸出結果。
  6. 如請求項5所述的輪廓線對準量取得方法，其中一面改變所述實際圖像輪廓線圖像與所述參照輪廓線圖像之間的偏移量，一面使所述實際圖像輪廓線圖像與所述參照輪廓線圖像中的至少一者位移，將各位移量下的所述實際圖像輪廓線圖像的灰度值與所述參照輪廓線圖像的灰度值的差分平方和變得更小的位移量算出，作為所述對位量。
  7. 如請求項5所述的輪廓線對準量取得方法，其中作為所述規定的函數，使用高斯函數。
  8. 如請求項5所述的輪廓線對準量取得方法，其中針對每個所述規定區域，提取所述被檢查圖像內的各所述圖形圖案的所述多個實際圖像輪廓位置。
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